Significant role of carbonate radicals in tetracycline hydrochloride degradation based on solar light-driven TiO2-seashell composites:Removal and transformation pathways  

·CO3^–在基于太阳光驱动的TiO2-贝壳粉降解盐酸四环素中的作用:降解机理和转化路径

作　　者：Jiaqi Wang Qingrong Qian Qinghua Chen Xin-Ping Liu Yongjin Luo Hun Xue Zhaohui Li 王佳琦;钱庆荣;陈庆华;刘欣萍;罗永晋;薛珲;李朝晖(福建师范大学环境科学与工程学院,福建省污染控制与资源循环利用重点实验室,福建福州350007;福建师范大学福清分校,福建福清350007;福州大学化学学院,能源与环境光催化国家重点实验室,福建福州350116)

机构地区：[1]College of Environmental Science and Engineering,Fujian Key Laboratory of Pollution Control&Resource Reuse,Fujian Normal University,Fuzhou 350007,Fujian,China [2]Fuqing Branch of Fujian Normal University,Fuqing 350300,Fujian,China [3]State Key Laboratory of Photocatalysis on Energy and Environment,College of Chemistry,Fuzhou University,Fuzhou 350116,Fujian,China

出　　处：《Chinese Journal of Catalysis》2020年第10期1511-1521,共11页催化学报（英文）

基　　金：国家自然科学基金(21875037,51502036);国家重点研发计划(2016YFB0302303).

摘　　要：TiO2-seashell composites prepared via a sol-gel method were used to generate carbonate radicals(·CO3–) under solar light irradiation. ·CO3–, a selective radical, was employed to degrade the target tetracycline hydrochloride contaminant. A series of characterizations was carried out to study the structure and composition of the synthesized TiO2-seashell composite. This material exhibits excellent solar light-driven photochemical activity in the decomposition of tetracycline hydrochloride. The possible pathway and mechanism for the photodegradation process were proposed on the basis of high-resolution electrospray ionization time-of-flight mass spectrometry experiments. Finally, we investigated the reusability of the TiO2-seashell composite. This study is expected to provide a new facile pathway for the application of ·CO3– radicals to degrade special organic pollutants in water.抗生素的滥用和不当排放对水陆生生态系统造成了严重威胁,在世界各地水环境污染物调研中普遍检测到盐酸四环素的存在.如何解决水体中高稳定、难降解的盐酸四环素污染问题是当前环境领域重点研究的课题之一.在各种去除方法中,利用光化学反应生成活性氧物种如·CO3–,·OH,·O2–,·SO4–和1O2等实现对有机污染物的降解在众多研究方法中脱颖而出.·CO3–在水体中具有较高的稳态浓度且其对有机物降解具有高选择性.CO32–或HCO3–与活性物种如·OH, h+,·O2–,·SO4–等反应可以生成·CO3–.传统的半导体光催化剂TiO2在光照下会产生·OH,·O2–及h+等活性物种,能有效地降解有机污染物,已有研究发现添加CO32–/HCO3–有利于提高UV/TiO2体系降解有机物的反应速率.贝壳中含有95%以上的碳酸钙,由于其具有低成本、生态友好、无毒性等特点而越来越受到人们的关注.贝壳与TiO2复合,利用贝壳在水相中提供的CO32–/HCO3–与TiO2在光照下产生的·OH,·O2–及h+等活性物种反应生成·CO3–促进光催化反应速率的提高,对盐酸四环素的有效去除具有显著意义.本文通过溶胶-凝胶法合成TiO2-贝壳粉,采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱、红外光谱和氮气吸附-脱附测试等技术对所得样品进行了表征.考察了TiO2-贝壳粉在模拟太阳光下对盐酸四环素的降解性能.结果表明,在模拟太阳光的作用下, 40%TS-300在30 min内能降解94.0%的盐酸四环素,优于纯TiO2的降解效率(88.6%).通过自由基捕获实验比较了TiO2和TiO2-贝壳粉体系降解盐酸四环素机理的差异,在TiO2光催化降解盐酸四环素体系中,·O2–和h+是主要活性物种.而在TiO2-贝壳粉体系中, TiO2在光照条件下产生的·OH,·O2–及h+通过与贝壳粉在水相中提供的CO32–/HCO3–进一步产生·CO3–,·CO3–、·O2–和h+协同作用实现盐

关 键 词：TiO2-seashell Carbonate radical PHOTOCHEMISTRY Tetracycline hydrochloride Mechanism 

分 类 号：X703[环境科学与工程—环境工程] O643.36[理学—物理化学] O644.1[理学—化学]